[发明专利]一种基于光学模拟相关接收机的宽带混沌雷达装置

说明书

本发明公开了一种一种基于光学模拟相关接收机的宽带混沌雷达装置。装置由信号发射机、信号接收机及宽带天线三部分组成。宽带混沌信号源产生混沌信号经峰均功率比值调整器保持输出信号峰均功率比为2，随后信号经功分器分为两路，一路变频放大后由天线发射信号，另一路作为参考信号，参考信号通过延迟线延迟后，在声光相关器处与接收天线接收并变频后的回波信号作相关运算。声光调制器实现声光相互作用，最后经光阑滤波及透镜成像，在CCD处实现时间积分。最终数据处理及显示模块显示结果。本发明最大特点是使用光学方法计算两路模拟信号的互相关结果，以此代替传统数字计算方式，具有计算速度快，结构简单等优点。

技术领域

本发明涉及宽带雷达设计领域，具体涉及一种基于光学模拟相关接收机的宽带混沌雷达装置，可应用于遥感、侦查、地球物理勘探等领域。

背景技术

超宽带(Ultra-wide Band，UWB)雷达属于一种新体制雷达，因其信号带宽很宽(分数带宽大于0.25)，因此具备反隐身能力强、探测盲区小、距离分辨率高、抗干扰性和抗多径能力强等特点，被广泛应用于军用和民用两个领域中。按照雷达发射波形的不同，常见的超宽带雷达可分为冲击脉冲雷达、线性调频连续波雷达、步进调频连续波雷达和随机噪声雷达等多个体制。

宽带混沌雷达是近年来出现的一种新型超宽带雷达。与其他超宽带雷达相比，宽带混沌雷达的典型特点是可以产生极高带宽的发射信号；因此，该体制雷达具有更理想的距离分辨率(可达毫米量级)。此外，由于发射信号具有类白噪声特性，宽带混沌雷达还具备较强的抗电磁干扰能力和反侦查性能。目前，有关宽带混沌雷达的研究已经成为国内外雷达研究领域的一个新热点。

宽带混沌雷达通常由三部分构成：超宽带天线、信号发射机和信号接收机。雷达工作时，由信号发射机产生宽频谱的混沌电磁波信号，经超宽带天线辐射到自由空间中，以光速传播的电磁波在遇到位于天线波束内的物体(目标体)时形成反射，微弱的回波信号经超宽带天线接收，再由信号接收机进行互相关计算，提取出电磁波在天线和目标体之间的双程走时τ，进而利用距离公式计算出目标体的位置。

宽带混沌雷达的信号接收机作为回波信号的处理装置，其核心功能是实现发射和回波两路信号的互相关处理，或者称之为匹配滤波处理；因此宽带混沌雷达的信号接收机也被称为相关接收机，或是匹配滤波相关接收机。目前，在宽带混沌雷达系统中，普遍使用的是数字相关接收机，其工作原理是：首先使用模数转换器ADC将雷达模拟信号转换为数字信号，然后利用数字信号处理器(包括DSP或CPU等)对雷达信号完成互相关计算。目前，宽带混沌雷达使用的数字相关接收机的最大缺点是信号处理速度慢，计算目标体的距离时花费时间长，尤其在测量运动物体时，无法反映出其实时的运动状态和位置。

此外，宽带混沌雷达信号目前使用的信号发射机一般都是将信号源产生的混沌信号直接发射或利用正弦载波进行简单调制后发射；这种情况下，普遍存在雷达信号峰均功率比(Peak to Average Ratio，PAPR)较高的问题，由于雷达中功率放大器的动态范围都是有限的，因此，较高的PAPR不仅会导致混沌雷达无法充分利用发射机的效率，而且使雷达信号极易进入功率放大器的非线性区域，导致雷达信号产生非线性失真，造成明显的频谱扩展干扰以及带内信号畸变，导致整个雷达系统性能严重下降。高峰均功率比已成为宽带混沌雷达的一个主要技术障碍。

发明内容

针对宽带混沌雷达在信号发射机和接收机中存在的上述缺点，本发明提供了一种基于光学模拟相关接收机的宽带混沌雷达系统。首先，本发明的宽带混沌雷达信号发射机可以产生峰均功率比为理想值(PAPR＝2)的雷达信号，提高了雷达发射机的效率，避免了雷达信号的非线性失真问题；其次，本发明的宽带混沌雷达信号接收机利用光学衍射原理，实现宽带混沌雷达信号的高速互相关计算，将雷达数据处理时间缩短至亚微秒量级(最高为0.24μs)，可以实时、精确测量高速运动物体的位置和速度。